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動撓度計算方法

發布時間:2025-06-24 20:59:08

① 現役橋梁常規檢測技術

現役橋梁常規檢測技術是怎樣的?有哪些分類方式?請看中達咨詢編輯的文章。
1引言
據統計數據顯示,截至2013年底,我國公路橋梁總數達到73.53萬座,總長度達3978萬延米。在世界各種類型橋梁中占據半壁江山。現役橋梁里程之大,也為橋梁的管理提出新問題。應該重點關注現役橋梁檢測技術,保證橋梁的使用安全。依據檢測數據,加強日常的維護工作,使橋梁發揮出更大的作用。
2橋梁檢測意義及分類
橋梁管理者最關心的問題是橋梁的健康狀況。當橋梁一旦竣工,交付使用。橋梁自然缺陷、工程結構設計、建造和施工的失誤已成事實。關鍵是要及時發現和處理一些缺陷,以避免事故的發生。檢測工作對於確保橋梁安全運營與延長使用壽盯型命具有重要的意義,並能通過檢測數據盡早發現橋梁病害,以便及時進行維修與加固,提前進行處理,進而節約橋梁維修費用,提高橋梁運營期的綜合經濟效益。
橋梁檢測按照受力狀態可分為靜載試驗和動載試驗;在靜載作用下,一般要測定作用力的大小(包括靜荷載、支座反力、推力等的大小)、構件的內力(包括彎矩、軸向力、剪力、扭矩等)、斷面上各種應力的分布狀態及其大小、各種變形(包括撓度、相對位移、轉角等)以及局部損壞現象(如裂紋)。按照試驗破損情況分為無損檢測、半破損檢測和破壞性檢測。我國橋梁檢測以動靜載試驗為主,輔以混凝土強度試驗、超聲波探測與腐蝕作用試驗等多種方法,這些檢測方法是傳統方法,在橋梁檢測中應用最為廣泛。
目前在國內比較成熟的檢測技術還有紅外熱像儀檢測技術、光纖感測器檢測技術、聲探測技術等。橋梁檢測技術已得到了一定的發展,對結構在工作環境、運營條件特性的認識也將不斷地得到深化,為橋梁極早發現病害提供了更多手段。
3橋梁常用檢測方法
3.1強度檢測
回彈法檢測混凝土強度主要是通過回彈儀在結構混凝土各測區內測量回彈值R,根據規范中給出的相關公式求其每個測區的平均回彈值,結合檢測的混凝土碳化深度值,然後根據規范中已建立的測區混凝土強度換算表,查規范得測區的混凝土強度值。現在市面上的回彈儀多是數顯式,可以在系統里設置國家或地區的關系曲線,同時還可以設定回彈方向和碳化深度等參數,自動計算處廳塌理回彈結果。回彈法是混凝土表面硬度的檢測方法,優點是操作易於掌握,儀器構造簡單,檢測效率高,費用低廉。缺點是受參數、測試環境和混凝土表面狀態影響較大,結果波動性大。
超聲法對混凝土強度進行檢測是利用波在混凝土中的傳播速度隨強度等級的增高而增大的原理進行強度檢測。將超聲波凱伏猜換能器置於被測物體上(黃油、凡士林或水等耦合劑等),通過儀器中的脈沖信號發生器發出一系列的周期性電脈沖,加在發射換能器上的壓電體上,轉換成超聲脈沖,穿過被測物到達接受換能器,超聲儀將接收到波速、波幅、頻率、波形等聲學參數,通過對各參數綜合分析和判斷,從而可對混凝土強度強度,進而還可以推斷混凝土完整性、均勻性的缺陷。
超聲――回彈綜合法以材料的應力應變行為與強度的關系為依據進行強度檢測。在結構混凝土同一測區分別測量聲時值t和回彈值R,然後利用已建立起來的測強公式推算該測區強度的一種方法。在測試結果上將超聲法和回彈法結合在一起,起到互相補充測試受不同因素影響,產生的測試偏差,使結果更加接近真實值。
3.2鋼筋檢測
鋼筋銹蝕狀況檢測原理:在混凝土中鋼筋銹蝕過程中,鋼筋表面形成陽極區和陰極區,導致鋼筋離解,在陽極區生成膨脹的銹蝕產物。腐蝕速率受鐵離子通過混凝土從陽極遷到陰極的便利程度的影響。因此,電勢越高,電阻率越低,通常腐蝕率也就越大。半電池電位鋼筋銹蝕度測量法是目前在現場無損鋼筋銹蝕度檢測中較先進的一種方法。
電磁法採用電磁感應原理對鋼筋混凝土結構中鋼筋位置、間距、保護層厚度和鋼筋直徑進行無損檢測。
3.3力學檢測法
橋梁靜載試驗:橋梁的靜載試驗就是按照預定的試驗目的與試驗方案,將靜止的荷載作用在橋樑上的指定位置上,觀測橋梁結構的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量的試驗項目。根據有關規范和規程的指標,判斷橋梁結構在荷載作用下的工作性能及使用能力。測試方法上可以採用指定荷載級別的車輛緩慢行駛到測試部位進行載入。條件受限制時,也以施加荷重(水泥,預制塊件,水箱加水等)或者以液壓千斤頂裝置施力等方式來模擬某一等級的車輛荷載,藉以達到試驗的目的。
目前一般梁橋撓度測量最常用的儀器主要是千分表、百分表、撓度計、全站儀和水準儀,這其中最經常採用的儀器為百分表和水準儀,其基本能滿足梁橋荷載試驗撓度測量時對精度、量程及可靠性的要求。結構靜載試驗的評價指標主要有兩個方面,一方面通過比較控制測點的實測值與理論計算值來評價結構的工作性能與安全儲備;另一方面是通過比較控制測點的實測值與規范允許值來評價結構所處的工作狀況。
橋梁動載試驗:橋梁結構是以承受車輛荷載為土的,車輛荷載對橋梁的沖擊和振動影響,常會使其產生的動力效應大於相應的靜力效應。因此用動力荷載試驗來確定橋梁在車輛荷載的動力效應以及使用條件,從而對橋梁評價是十分重要。橋梁結構的振動分析是橋梁結構分析的又一項重要內容。包括兩方面:一是測量車輛荷載作用在橋梁指定斷面上的動應變或指定點的動撓度,二是測量橋梁結構的自振特性和動力響應。動載試驗結果分析,對橋梁結構承載能力作出切合實際的評價,也是對既有橋梁使用功能作實質性的分析評定。橋梁動載試驗的測試儀器主要包括拾振器、信號放大器、動態電阻應變儀、光線示波器、筆錄儀、磁帶記錄儀與數字信號處理機等。通常情況下,中小跨徑梁橋可採用磁電式測試系統量測橋梁結構的自振特性,對大跨徑橋梁可採用壓電式測試系統量測超低頻振動。
4橋梁檢測的不足
橋梁檢測往往僅是為了確定橋梁的損傷狀況,最多是在一定程度上對橋梁的繼續工作能力提出評價。不能提供現役橋梁的長期評價,使得管理上需要定期對橋梁進行檢測,花費人力物力較大。
由於對路橋的質量目前尚缺乏嚴格系統的量化檢驗方法,致使一些劣質工程得不到及時發現和處理。輕則增加了日後的路橋維修保養成本,使國家和地方財政負擔加重;重則會發生橋毀人亡的慘劇。所以加強公路橋梁檢測對於保證人民生命財產安全和改善交通質量以及促進經濟發展都有著很重要的作用和影響。
5結論
現役橋梁檢測目的在於,通過對橋梁目前的技術狀況及損傷的性質、部位、嚴重程度及發展趨勢進行檢查,弄清出現缺陷和損傷的主要原因,以便能分析和評價既存缺陷和損傷對橋梁質量和使用承載能力的影響,並為橋梁維修和加固設計提供可靠的技術數據和依據。普及橋梁檢測技術,對橋梁檢測結果給出正確評價,對於推動我國橋梁工程建設,提高施工質量,延長現役橋梁承載能力等都具有十分重要的意義。
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② 人行懸索橋動荷載試驗技術研究

橋梁結構在移動的車輛、人群、風力和地震等動力荷載作用下會產生振動。受這些動力荷載因素的影響,橋梁結構產生的動力效應往往大於其靜止作用在橋上所產生的靜力效應。由於本橋為人行懸索橋,並且沿線沒有汽車道路通至橋面上,常規的以汽車荷載為動力荷載的動載試驗無法進行。為此,提出了以人行、人群跑動、和人車共同耦合作用下的動力荷載試驗技術。同時,本次動載試驗還採用環境激勵方式,檢測本人行懸索橋的固有頻率和振動模型。利用DH3817動靜態應變測試分析系統,測量動載作用下該橋指定斷面上的動應變或指定動撓度,並根據測的數據確定橋梁的沖擊系數和動態增量。
1 動力荷載試驗的內容
動態荷載試驗主要是從動力的角度出發,通過記錄和處理在動荷載作用下結構的固有基頻、振型、沖擊系數等參數,分析結構各方面的性質。動載試驗主要是測試橋梁結構的自振特性、速度時程響應和受迫振動特性。
根據本人行懸索橋的實際情況,動力荷載試驗的內容包括:最大振撓度、橋梁結構的振動應變、振動頻率、橋梁動力沖擊系數、橋梁結構的阻尼特性等。
2 動力荷載試驗的方法
自振特性測試採用勻速人行、加速人群跑動、人車(手推車)共同耦合跑動、和人車共同耦合跳過障礙、人車共同耦合跳過障礙急停的方式。鑒於檢測橋梁為大跨度人行懸索橋,跑車測試利用一輛分別載重150kg、300kg的雙輪手推車,以慢速(1.2m/s)和快速(2.4m/s)的速度勻速在檢測橋跨行駛;行人測試是利用不用數量的人群以慢速(1.2m/s)首團歲和小跑(3m/s)的速度勻速在檢測橋跨行走;跳車測試是利用一輛載重300kg的雙輪手推車,使其分別以慢速(1.2m/s)和快速(2.4m/s)在一高約10cm的墊塊上自由下落;剎車測試是利用一輛載重300kg的雙輪手推車,以快速(2.4m/s)速度在跨中剎車。動載試驗採用DH3817動態信號採集分析儀進行。動載測試時感測器布置在橋梁的跨中,感測器布置以及觀測設備見圖者睜1。動力荷載試驗激勵工況如表1所示。
3 結構動力理論分析
橋梁結構的振型、阻尼系數、固有頻率等動力特性主要受其固有性質影響,與結構的其他性質關聯不大,其中固有性質主要包括結構的組成形式、質量分布、剛度、支撐情況、材料性質等。結構動力特性作為結構的基本特性,是進行結構分析必需的參數。同時由於橋梁結構受到動荷載作用,其各項參數會發生變化,比如振幅、應力、位移、加速度以及反映結構整體動力的沖擊系數等。因此可知,通過分析結構動力特性能夠清楚地掌握橋梁結構在動荷載作用下的受力狀態及動力作用對行人的舒適性。而分析結構動力特性最有效的方式是進行橋梁結構的動載試驗,從試驗中獲得數據,通過分析和處理數據發現橋梁振動的內在規律,進而了解和掌握橋梁結構的動力性能。
利用動載試驗,我們可以獲得大量橋梁結構振動系統相關數據,即各種振動量。直接對這些數據進行分析很難發現結構振動的性質和規律,因為結構振動很復雜或晌,而且隨機。此時要想獲得結構的動態性能,還需對獲得的數據進行必要的分析和處理。
由於橋梁結構是一個具有連續分布質量的體系,即自由度體系無窮大,而自由度數目與其振型的數目一致,也就意味著橋梁結構的固有頻率以及相應的振型有無限多個。盡管如此,在實際的動力分析過程中只需選取第一固有頻率即可,即使是十分必要的情況也只需選擇前面幾個固有頻率即可。
動載的沖擊系數是動載在在橋面前進時對橋梁結構產生的豎向動力效應的增大系數。在動荷載作用下,測定橋梁結構某些部位的振動參數時,首先綜合各項試驗條件和結構形式進行測點布置,之後選擇適當的儀器進行測試。在動荷載作用下,動撓度與靜撓度的比值是活荷載的沖擊系數,而活載沖擊系數綜合反映了荷載對橋梁的動力作用,因此必須對活載沖擊系數加以測定和記錄。
用對數衰減率δ或阻尼比D來表示橋梁結構的阻尼特性, 依據振動理論發現,對數衰減率為
式中,At,At+1分別為相鄰兩個波的振幅值,從衰減曲線上直接量取即可。通常在具體的試驗中,常在衰減曲線上量取多個波形,本文量取的是三個,求得平均衰減率
依據振動理論發現,對數衰減率與阻尼比的關系為
通常情況下阻尼比都很小,因此,式(3)可近似為
橋梁結構的阻尼比通常在0.01-0.08之間,阻尼比和振動衰減之間是正比的關系,阻尼比越小,振動衰減越慢,反之,相反。
活載沖擊系數綜合地反映了動力荷載對橋梁結構的動力作用。因此有必要測定橋梁結構的沖擊系數,具體的做法是安排水桶以不同的速度駛過橋梁,逐次記錄跨中截面的撓度時程曲線,按照沖擊系數的定義有 式中:Ysmax:最大靜撓度值;
Ydmax:最大動撓度值。
由於在動力荷載作用下,橋梁結構產生的振動包含多個頻率,且是隨機的,無法用一個具體的函數來描述,也就無從知曉結構的振動規律。隨機數據具有不規則性、不確定性等特點。樣本是指隨機變數的單個試驗,樣本記錄是指每次單個試驗的時間歷程曲線,隨機過程是指同一試驗的多個試驗的樣本集合或總體。雖然在單個觀測樣本中隨機數據具有很強的不確定性和不規則性,但是對於大量樣本的集合來說,還是存在一定的規律的。
4 試驗結果分析
①試驗荷載效應理論值採用橋梁結構分析專用程序Midas/Civil 201計算得到。比較橋梁結構頻率的理論計算值與實測值,若實測值大於理論計算值,說明橋梁結構實際剛度較大,反之,則相反,此時很可能出現意外情況。需要注意的是在進行理論計算時,由於諸多客觀因素的限制,應使實測值小於理論計算值。
②參考根據動力沖擊系數的實測值,可掌握橋梁結構的通行性能,當實測沖擊系數較大時,說明橋面的平整程度不良,橋梁結構的通行能力差,反之亦然。
③阻尼比和振動衰減之間是正比的關系,阻尼比越小,振動衰減越慢,反之,相反。但需注意將阻尼比保持在合理的范圍內,避免過猶不及。
動載試驗主要結果部分里程曲線及頻譜圖,如圖2所示。
5 結論
動載試驗可以得出如下結論:由勻速跑車、跨中剎車和跨中跳車的實測速度時程曲線及頻譜數據可知,該橋橋梁,振動響應較小,阻尼比在0.03-0.06之間,滿足要求,工作性能良好。通過對人行懸索橋的動荷載試驗,在荷載效率系數ηq滿足相關規范標準的基礎上,試驗橋梁滿足設計強度要求,檢測橋跨的變形符合設計剛度規定,能夠在正常彈性范圍內工作。橋梁工程實體檢測及常規檢測均滿足相關規范標准,此外,橋梁的動態性能也滿足要求。因此,所測橋跨質量良好,其承載能力達到設計要求。
由於本橋的大跨度人行懸索橋。並位於兩山的山頂,沒有行車的道路,荷載的運輸與載入非常困難。但通過充分的技術方法的措施,順利而圓滿地完成了本橋的荷載試驗,並達到了預期的結果。本檢測方法具有很好的推廣應用價值。

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③ 懸掛系統中ks/ms怎麼

ms=240kg,mt=36kg,ks=16kN/m,b=980N·s/m,kt=160kN/m。
所用的懸架模型參數名義值為;ms=240kg,mt=36kg,ks=16kN/m,b=980N·s/m,kt=160kN/m。以C級路面的垂直速度為激勵輸入進行模擬。路面不平度系數Gq(n0)=256×10-6m2/m-1,車速v=20m/s,參考空間頻率n0=,速度功率譜密度為一白雜訊Gq·(f)=4π2Gq(n0)n20v。模擬中神經元控制器參數為:學習速率d1=30,d2=63.3,d3=15.9;比例系數k=148.7;
模擬時,先對模型參數取名義值進行驗證;然後將懸架參數的車身質量增加20%,同時輪胎剛度下降20%,考察控制器在模型參數變化時的適應能力。以上兩種情況著重考察車身加速度響應,見圖4及圖5;根據懸架系統時域輸出模擬數據,計算車身加速度、懸架動撓度、車輪動位移的均方根值及綜合性能指數G。
在名義參數情況下,兩種主動懸架都能有效地降低車身加速度,改善平順性。盡管懸架動撓度有所增大,但車輛的綜合性能仍得到了改進。而且,自適應神經元控制下的車輪動位移也有一定程度的改善,其綜合減振效果要明顯優於PID控制。由圖5和表1可見,在懸架參數變化時,兩種主動懸架仍然都能減少車身加速度,有效地改善平順性。自適應神經元控制的減振效果仍然優於PID控制。由此表明:自適應神經元控制能有效地跟隨模型參數的變化,將車身加速度控制在一個較好的范圍內,降低了參數不確定性對車輛平順性能的影響;雖然神經元控制的懸架動撓度、車輪動位移相對被動懸架有所增大,但相對PID控制仍有改善,尤其是其綜合性能也得到了改進。

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